Termální depolymerizace uhlíkatých látek
Ing. Lubor Hajduch
V současné době nastává lidstvu obrovský problém s odpady. Ve 20. Století se
chemický průmysl rozvíjel obrovskou rychlostí. Nastala masová výroba umělých hmot, které
jsme nazvali plasty. Dnes si začínáme uvědomovat možná rizika a hledáme cestu jak tyto
odpady zlikvidovat, abychom co nejméně znečistili životní prostředí. Umělá hmota neboli
polymer je makromolekulární látka, která je složená z molekul jednoho nebo více druhů
molekul v takovém počtu, že odebrání jednoho nebo několika molekul nezmění celkové
fyzikální ani chemické vlastnosti této látky. Makromolekuly jsou molekulové systémy složené
z velkého počtu atomů vázaných chemickými vazbami do dlouhých řetězců. Tyto řetězce
tvoří pravidelně se opakující části, které nazýváme stavební nebo monomerní jednotky
(mery). Polymery mohou mít deset až milion merů v jedné molekule. V polymerech se
vyskytuje tzv. řetězová nebo síťová struktura. Polymery můžeme rozdělit na přírodní biopolymery (proteiny, některé sacharidy, nukleové kyseliny) a syntetické (polyetylen - PE,
kaučuky, pryže, polyvinylchlorid – PVC, polyetylentereftalát - PET, Teflon).
Polymery připravujeme z monomerů chemickou reakcí, která se nazývá polymerizace
(polyreakce, polymerace). Z technologického hlediska se dá provádět polymerizace několika
způsoby. Hlavním zdrojem monomerů je ropa a z ní získané uhlovodíky.
Depolymerizace je chemická reakce, která je opačná polymerizaci. Při této reakci je
jako reaktant brán polymer a jako produkt nám vznikne monomer. Jinak řečeno výchozí látka,
kterou jsme použili při výrobě samotného polymeru. Laicky bychom mohli depolymerizaci
vysvětlit jako roztrhání dlouhých makromolekul na malé molekuly s délkou řetězce od
jednoho do cca šestnácti uhlíků. Princip této metody je ten, že polymery zahřejeme bez
přístupu kyslíku a za zvýšeného tlaku, případně v přítomnosti katalyzátoru. Tato technologie
je taktéž nazývána termální pyrolýza, která může probíhat při různé teplotě. Nízkoteplotní
pyrolýza probíhá při teplotách do 500°C, středněteplotní pyrolýza při teplotě 500°C až 800°C
a vysokoteplotní při teplotách nad 800°C. Při tomto dojde k roztrhání makromolekul a vzniku
plynu, který se nazývá pyrolýzní plyn. Vzniklý plyn se následně ochladí, část produktů
zůstane v plynném skupenství, část zkondenzuje do kapalného skupenství v podobě
pyrolýzního oleje a poslední skupinu tvoří tzv. uhlíkový zbytek v pevném skupenství.
Pokud bychom touto metodou zpracovávali čisté polymery, s největší
pravděpodobností by nám vznikaly pouze základní uhlovodíky. Problém celé této technologie
je v tom, že žádné syntetické polymery, které se dnes používají, nejsou čisté. Obsahují celou
řadu příměsí, jako jsou urychlovače vulkanizace, stabilizátory, antioxidanty, plastifikátory,
retardéry hoření, barviva aj. Tyto příměsi jsou z větší části velmi toxické látky.
Při ochlazování pyrolýzního plynu vzniká nemalé množství perzistentních
organických látek, jako jsou dioxiny a jim podobné látky. Dioxiny je obecný název pro
skupinu vysoce toxických polychlorovaných organických heterocyklických sloučenin, které
jsou nerozpustné ve vodě, ale zato jsou velmi dobře rozpustné v tucích. Dioxiny vznikají
nedokonalým spalováním chlorovaných organických látek, popřípadě při spalování
jakýchkoliv organických látek v přítomnosti chloridových iontů. Vysoké koncentrace dioxinu
způsobují záněty kůže - chlorakné (otrava bývalého ukrajinského politika Viktora Juščenka),
záněty sliznice a plicní tkáně, což může končit smrtí. Při dlouhodobé expozici při malých
koncentrací způsobují dioxiny celou řadu potíží, např. neplodnost, aterosklerózu, poruchy
nervového systému, vznik rakoviny, poruchy genetického aparátu buněk.
Pevný uhlíkový zbytek taktéž obsahuje celou řadu nebezpečných látek, zejména těžké
kovy. Těžké kovy se vyznačují různou mírou toxicity. Ukládají se v tělech organizmů, kde
následně způsobují celou řadu nemocí a funkčních poruch, zejména vnitřních orgánů.
V současné době tato technologie není v Evropské unii ve větší míře komerčně
využívána. Podle nepodložených informací je v Rumunsku v provozu jedna depolymerizační
linka, která je využívána komerčně. Několik málo firem v USA komerčně tyto technologie
využívá. Ale také je nutno uvést, že spousta jich již byla uzavřena z důvodů vysoké
poruchovosti nebo poté co bylo prokázáno, že mají škodlivý vliv na životní prostředí a emitují
nemalé množství toxických perzistentních organických látek, jako jsou například výše
uvedené dioxiny. Podobný případ můžeme nalézt i v Evropě. Ve městě Karlsruhe v Německu
bylo podobné zařízení s konečnou platností uzavřeno v roce 2004. Ale i před tímto mělo
nemalé problémy s úniky toxických látek do ovzduší. O problémech spaloven a
depolymerizačních linek se můžete více dočíst v elektronické publikaci Spalovny
v přestrojení, která uvádí případové studie zplyňování, pyrolýzy a plazmové technologie
v Evropě, Asii A USA.
Odkazy:
[1]
Spalovny v přestrojení: Případové studie zplyňování, pyrolýzy a plazmové technologie v Evropě,
Asii
a
USA.
In:
[online].
[cit.
2014-05-30].
Dostupné
z:
http://arnika.org/soubory/dokumenty/odpady/Ke_stazeni/2006%20Spalovny%20v%20p%C5%9
9estrojen%C3%AD%20-%20p%C5%99%C3%ADpadov%C3%A9%20studie.pdf
[2]
Čím jsou dioxiny nebezpečné?. RAJDL, Daniel. Ekolist.cz [online]. [cit. 2014-05-30]. Dostupné
z:http://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/cim-jsou-dioxiny-nebezpecne
[3]
HORÁK, Josef. Chemické listy: Dioxiny jako zdroj ohrožení životního prostředí a zdraví [online].
2002, č. 96 [cit. 2014-05-30]. ISSN 1213-7103. Dostupné z: http://www.chemickelisty.cz/docs/full/2002_11_02.pdf
Download

Termální depolymerizace uhlíkatých látek